1可靠度方法的应用研究
从以上的分析结果可以看出，对于矿山法区间隧道结构设计，以可靠度理论为基础的设计模式仍然是最科学最合理的设计方法。但是，正如前述的分析，目前无论是采用铁路隧道概率极限法，还是采用建规概率极限法，对于岩石地区地铁矿山法区间隧道的设计都存在着一定的问题。因此，需要从最根本的可靠度理论上去研究适合于矿山法区间隧道的设计方法。既然采用可靠度的设计方法，首先必须明确所设计结构的目标可靠指标β值。铁路隧道设计规范中已明确指出单线及双线隧道的目标可靠指标，见表4～表5。按照《建筑结构可靠度设计统一标准》区间隧道结构安全等级应为一级，所采用的目标可靠指标与铁路隧道相同，详见规范中表3．0．11。由此可以明确，对于单、双线地铁区间隧道结构，铁规和建规所采用的目标可靠指标是一致的，这样才可以进行下面的研究和比较。
2地铁矿山法区间隧道推荐设计方法
由以上3个方面的分析，可以认为，目前独立采用3种方法当中的任何一种，都是不妥当的，必须进行改进，在此给出推荐方法。
3推荐方法的思路
推荐方法的公式，依然是同前3种方法一致，都是通过平截面假定和力学平衡推导得出，在公式各参数的选取上，推荐方法还是依据可靠度理论。因为可靠度设计方法是目前普遍为广大设计人员所接受，且科学合理的设计方法。本文提出的建议方法，主要基于以下原则:1)采用可靠度方法。2)建筑材料设计值的取值:地铁工程本身属于市政工程，它对材料的标准要求，应该都是符合建筑系统的要求，并且地铁其他土建工程(如车站，明挖区间等)都是采用建工系统的设计值，为了保证地铁土建工程整个系统的统一性和设计的便利性，以及日后实施过程中的可维护性，因此，在材料强度的取值上，推荐方法采用建规的设计值。3)内力分项系数的确定:反复试算校准，使得建议方法的取值介于2005版铁规破损法和极限法之间。由于破损阶段法是传统设计方法，经过了工程的检验。因此，推荐方法重点与传统破损阶段法做比较，进行反复试算校准，保证推荐方法能包住破损法。2005版极限法过于保守，1．8的系数不知从何而来，条文说明也没有解释，配筋结果最大值要比破损阶段法超出44%，其方法合理性需要进一步考证。所以，本推荐方法分项系数校准后的配筋结果不超过2005版铁规极限法。经过反复试算校准，推荐内力分项系数采用1．6(即1．1×1．45)，按建议方法配筋后的结果详见表2～表3。通过计算结果可以看出，推荐方法可以较好地满足以上原则，同时也是科学、经济、合理的设计方法。
4推荐法计算过程中几个重要参数的取值
4.1附加偏心距的取值
对于附加偏心距，建规和铁规是有所区别的，但在推荐法中，按照建规，偏于安全地取一个常数值20mm。
4.2偏心距增大系数η的取值
由于马蹄形隧道断面是曲线构件，所以按照目前的规范无法确定偏心距增大系数η的取值。因此，对马蹄形断面隧道进行了P－Δ效应模拟分析(做5次迭代分析)，详见图2～图11。1)考虑周圈地层约束的情况。从图中可见，在周圈地层约束的情况下，事实上考虑了二阶效应之后，对衬砌结构的受力有明显的改善作用。但是，由于设置周圈地层约束是理想状态，实际工程中并不一定能完全发挥作用，所以对于这种情况在设计中可不考虑二阶效应的有利影响，取η=1．0。图7区间隧道计算模型(仅考虑底部约束)图8轴力图(不考虑二阶效应)图9弯矩图(不考虑二阶效应)2)在仅考虑底部地层约束的情况下。通过数值分析结果可以发现，在这种情况下二阶效应对马蹄形断面的影响很小(基本是在3%左右)，因此在实际应用中，仍然可以不考虑二阶效应的影响，取η=1．0。
5结语
岩石地层地铁矿山法区间隧道衬砌的设计模式目前尚处于无章可循的设计状态，每家设计院都有自己的设计方法，存在着较多流派，迫切需要进行科学化的统一，本次研究正是基于这种现状而开展的。1)通过以上研究，主要得出以下几点结论:本次研究结论的对象只是针对于岩石地区地铁单线单洞区间隧道，并不适用于大断面区间隧道。地铁区间隧道推荐设计方法采用了建规的设计公式，属于可靠度设计方法。材料设计值应符合建工系统的要求。推荐方法内力分项系数的取值经试算校准，统一取1．6。推荐方法的配筋结果比2005版铁规极限法有所优化，且便于设计人员，是科学、经济、合理的设计方法。根据P—Δ分析结果，对于单线区间隧道结构可不考虑二阶效应的影响，取η=1．0。2)目前关于地铁区间隧道衬砌的设计仍然缺乏相关的规范支持，存在以下问题需要进一步研究:①隧道塌落拱荷载全部作用在二衬上，没有考虑初期支护的有利作用，偏于保守，需要改善。②塌落拱荷载的统计样本来源于1000个跨度10m以内的隧道，所以不适用于大跨度(如3线、4线)的隧道，需要进一步研究大跨度隧道的荷载取值方法。③《铁路隧道设计规范》虽然做了塌落拱的统计工作，但是后期分析研究很不完善，致使破损阶段法、1999年版概率极限法、2005年版概率极限法三者存在巨大差异，不符合《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153—2008)的要求，需要进一步认真研究完善。目前地铁设计规范缺少对矿山法区间隧道结构设计的详细说明，如荷载、材料强度及分项系数的取值等，随着矿山法区间隧道的日益增多，亟待完善。
作者：雷刚 周婷婷 郑广亮 单位：北京城建设计研究总院有限责任公司
